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机械专业实验.docx机械制造工程学实验指导书目录实验一动态测量与实时补偿 2实验目的和要求 2基本原理和方法 2实验步骤 4实验报告要求 5实验二螺纹数控加工仿真 5实验目的和要求 6基本原理和方法 6实验步骤 6实验报告要求 7实验三PLC控制三相异步电动机变频调速实验 7实验目的和要求 7基本原理和方法 7实验步骤 8实验报告要求 10实验四PLC顺控程序设计及调试实验 10实验目的和要求 10基本原理和方法 11实验步骤 11实验报告要求 12实验五PC与PLC串行通信程序设计与调试实验 13实验日的和要求 13基本原理和方法 13实验步骤 13实验报告要求 16实验一动态测量与实时补偿一、 实验目的和要求通过本实验,以传动链误差为对彖,掌握加工过程误差补偿的原理和方法:止确运用误差测控仪及计算机系统进行加工过程误差补偿实验。熟悉误差补偿系统必须包含的三个主要的功能装置,并通过误差测控仪了解这些装置的具体配置方法。了解各种补偿控制算法的基本原理,并观察比较英控制效果。二、基本原理和方法加工过程误差补偿的基本原理依据原有的表现误差条件,对其分析、测量,人为地在工艺系统中引入一个与原有误差等值反向的误差源,使附加误差源与原有误差源相抵消,以减少或消除加工误差。1误差补偿系统误差补偿系统必须包含三个主要的功能装置:(1)误差信号发生装置,获得补偿对象的固有误差函数,作为补偿系统中附加误差的依据。(2)信号同步装置,保证附加误差源与原有误差源反向;(3)运动合成装置,实现附加误差源与原有误差源的合成。误差补偿系统的纽成,从控制系统的角度看,它山误差检测环节、控制器、伺服系统和机械传动机构组成(如图3-1所示),其中山伺服驱动系统和机械传动部件纽成的执行机构是影响控制系统动态特性的主要因素。图3-1误差控制系统框图2 误差补偿的控制算法首先应该分析或建立系统的动态数学模型,针対系统的动态特性采収某种控制算法,目的是为了达到需要的控制效果。本实验装置中,机械传动机构的动态特性可以用一个积分环节来近似描述;步进电机的动态特性可以用一阶惯性环节来描述。因此,控制系统框图可简化为3・2图所示:图3-2补偿控制系统框图本实验系统软件设计了五种控制算法供补偿控制实验。最速控制:其控制量下式给出。U(i)=kp*e(i)e(i)=10*ruler_value[i]-coder_value[i]kp——是一个常数,其大小山实验整定,在本实验模块屮己山软件内部设置,不需实验者在操作界面中输入。ruler_value[i]——第i个采样点所检测到的光栅尺的脉冲个数coder_value[i]——第i个采样点所检测到的光电编码盘的脉冲个数常规PID控制:其控制量U(i)由下式给出。U(i)=U(i-l)+kO*e(i-l)+kl*e(i-2)+k2*e(i-3)KO=kp+ki*ts+kd/tsKl=-kp-2*kd/tsK2二kd/ts其中Kp(比例系数)、ki(积分系数)、kd(微分系数)是山实验者输入的常数,ts为采样周期,本系统中,1前进速%*采样密度上述控制就是按偏差的比例、积分、微分控制,是过程控制中应用最广泛的一种控制。实验屮,比例、积分、微分系数的设定应反复试测,以达到满意的控制效果。一般规律是:增大比例系数将加快系统的响应,在有静差的情况下有利于减少静差。但过大的比例系数会使系统有较大的超调,并产生振荡,使稳定性变坏。增大积分系数有利于加快消除静差,但过大的积分系数将会使系统有较大的超调。増大微分系数有利于加快系统响应,使超调量减少,稳定性增加,但系统对扰动的抑制能力减弱,对扰动有敏感的响应。在实验中,根据各系数对过程影响的超势,可以采収先比例,再积分,再微分的整定步骤来确定各系数的大小。智能PID控制:是在曲规PID基础上,剖析了其不足,建立的非线性PID控制。山于系统动态过程及暂态过程中,对于比例、积分、微分控制作用的要求是不同的,因此,在动态过程的不同阶段,采収不同的比例、积分、微分控制作用将有利于解决稳定性与准确性之间的孑盾,又能增强系统对不确定因素的适应性。PID参数的动态调報,来源于对系统动态特征的认识,本系统选用误差c和误差变化最Ae作为基本的特征变量,设计了如下的推理规则:IFe(i)|>Mi,则u(i)=kokPAe(i)(强比例控制模式);IF|e(i)〈山且|Ae(i)|<d2则u(i)=u(i-l)(保持模式);IF(Ae(i)e(i))>0或(Ae(i)=0与e(i)HO)则(PI控制模式):{IFlAe(i)/e(i)|>M2,THENu(i)=u(i-l)+kk4e(i)+kke(i);IF|Ae(i)/e(i)<1^,THENu(i)=u(i-1)H-kzMe(i)+k2kie(i)};IF(Ae(i)e(i))<0或Ae